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土壤光谱特征分析

影响土壤光谱特性变化的因素包括矿物(原生矿物和次生矿物),土壤含水量,土壤有机物(胡敏酸和富里酸的腐殖质类型是主要的有机质),土壤的质地和颗粒度等。土壤的主要光谱特性分析如下:

l  在自然状态下,土壤表面的反射曲线呈比较平滑的特征,没有明显的反射峰和吸收谷。

l  在干燥条件下,土壤的波谱特征主要与成土矿物(原生矿物和次生矿物)和土壤有机质有关。

l  土壤含水量增加,土壤的反射率就会下降,在水的各个吸收带1.4μm1.9μm2.7μm处附近区间),反射率的下降尤为明显。

土壤矿物主要包括石英、云母、长石、氧化物等,因此通过分析相应的矿物含量就可以区别土壤的特征。土壤中颗粒的大小与比例,代表了两个方面情况,即是颗粒本身大小与持水能力。

 

1.土地矿物质对光谱反射的影响

       土壤是由物理化学性质各不相同的物质组成的混合物,包括原生矿物、次生矿物、水分和有机质等。土壤中的石砾、砂粒几乎全是由原生矿物所组成,多以石英为主;粉粒绝大数也是由石英和原生硅酸盐矿物组成,主要原生矿物光谱曲线如图所示

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土壤的主要原生矿物光谱曲线

土壤中的次生矿物主要有三类。①简单的盐类,常见于于旱和半干旱地区的土壤中:②含水的氧化物,常见于湿热的热带和亚热带地区的土壤中;③次生层状铝硅酸盐。次生铝硅酸盐类,普遍存在于土壤之中,是构成土壤的主要成分,其光谱反射曲线如图所示,在2.10~2.45μm之间光谱差异显著,表现在吸收波段的峰值位置和吸收深度的差别。

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土壤的主要次生矿物光谱曲线及局部放大光谱

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蒙古高原高程及土地覆盖类型图

2.土壤含水率对光谱反射的影响

   含水率是土壤重要的指标,不同层土壤湿度对降水量、温度也有影响,土壤含水量的不同,在反射光谱曲线上有所体现。通过含水率的实验表明,当土壤的含水率增加时,反射率在各个波段都会有明显降低,如图所示,在1.4μm和1.9μm附近,水吸收特征的深度和宽度都会随含水率的增加而有所增加,特别是在1.9μm附近的特征吸收变化幅度更大。 

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不同含水率的土壤光谱曲线

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不同层土壤湿度对降水量、温度响应滞后时间空间分布

 

3.地表颗粒度对光谱反射的影响

   地表质地不仅影响土壤持水能力,而且影响土壤的反射率。一般来说,在近红外光谱范围,如果土壤的物理化学性质没有发生变化,则土壤或矿物的光谱反射率随土壤颗粒尺寸的减小而增大,如图所示,其原因是颗粒的增加,导致了阴影的增加。

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不同颗粒度的土壤光谱曲线

4.土壤有机质对光谱反射的影响

   腐殖质是主要的土壤有机质,通过对其含量的分析,可以区分平沙地、龟裂地及耕地。

通过对冬季土壤腐殖质含量的分析,可以判断在其它季节该区域的覆盖情况。有机制的成分及含量在光谱曲线上都有体现,有机质影响主要是在可见光和近红外波段,而影响最大的是在0.6~0.8μm之间。



 


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